THIẾT BỊ CHƯNG CẤT TRONG CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM Quá trình chưng cất liên tục hệ hai cấu tử

BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP.HCM
BỘ MÔN: KỸ THUẬT THỰC PHẨM 3

THIẾT BỊ CHƯNG CẤT
TRONG CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM
SVTH: NHÓM 5
GVHD: NGUYỄN HỮU QUYỀN

1


NGUYỄN THỊ TUYẾT PHỤNG 2005200925
NGUYỄN VÕ MINH THÚY 2005200335

NHÓM 5

2

LÊ THỊ NGỌC ÁNH

2005201026

LÊ THỊ MỸ HUYỀN

2005200348

LÊ THỊ THU DUNG

2005202018

MỤC LỤC
I. Tổng quan chưng cất

III. Cân bằng nhiệt lượng

II. Quá trình chưng cất liên tục
hệ hai cấu tử

IV. Các thiết bị chưng cất


TỔNG QUAN VỀ CHƯNG CẤT
KHÁI NIỆM

I

PHÂN LOẠI
CÂN BẰNG PHA QUÁ TRÌNH CHƯNG
CẤT


KHÁI
NIỆM
- Chưng cất là dùng để tách các cấu tử của hỗn hợp lỏng, lỏng –
hơi thành các cấu tử riêng biệt.
- Dựa vào độ bay hơi khác nhau của các cấu tử trong hỗn hợp.
- Sản phẩm:
+ Đỉnh: cấu tử có độ bay hơi lớn – thấp
+ Đáy: cấu tử có độ bay hơi kém – cao

5


PHÂN LOẠI
Chưng đơn giản: tách hỗn hợp các cấu tử có độ bay hơi rất
khác nhau.

“

Chưng bằng hơi nước trực tiếp: tách các hỗn hợp các chất
khó bay hơi và tạp chất không bay hơi.
Chưng chân không: trường hợp cần hạ thấp nhiệt độ sôi của
cấu tử (với các cấu tử dễ bị phân huỷ ở nhiệt độ cao hay có
nhiệt độ sơi q cao).
Chưng luyện: tách hồn tồn hỗn hợp các cấu tử dễ bay hơi
hòa tan một phần hoặc hịa tan hồn tồn vào nhau.

6


CÂN BẰNG PHA QUÁ TRÌNH CHƯNG CẤT
- Ở áp suất không đổi P
= const, trong sự phụ thuộc
của thành phần các cấu tử
trong pha lỏng và pha hơi
có đường cong sôi và
đường ngưng tụ.
- Phân thành ba khu vực
7

Đồ thị cân bằng pha lỏng – hơi

là pha lỏng, pha hơi và pha


QUÁ TRÌNH CHƯNG CẤT LIÊN
TỤC

II

NGUYÊN TẮC VÀ SƠ ĐỒ HỆ THỐNG
CÂN BẰNG VẬT CHẤT


NGUYÊN TẮC, SƠ ĐỒ HÊ THỐNG
1. Bồn nguyên liệu
3. Bồn cao vị

2. Bơm

4. Van

5. Thiết bị đun dòng nhập liệu
6. Lưu lượng kế 7. Nhiệt kế
8. Áp kế

9. Tháp

10. Thiết bị ngưng tụ
11. Bồn chứa tạm thời

12. Bồn chứa SP đỉnh
13. Thiết bị đun sôi đáy tháp
14. Thiết bị làm nguội SP đáy
15. Bồn chứa sản phẩm đáy
16. Thiết bị làm nguội SP đỉnh
9


CÂN BẰNG VẬT CHẤT
 Phương trình làm việc
 Phương trình cân bằng cho toàn tháp

F= W + P

F – suất lượng nhập liệu, kmol/h
W – lượng sản phẩm đáy, kmol/h
P – lượng sản phẩm đỉnh, kmol/h
F

: phần mol của cấu tử trong nhập liệu mol/mol

W

: phần mol của cấu tử trong sản phẩm đáy

: phần mol của cấu tử trong sản phẩm đỉnh
mol/mol
P
mol/mol
10

.F = W.W + P.P

F


 Phương trình đường nồng độ của đoạn cất

Cân bằng vật liệu đoạn cất:
D0 = Lo + P
D0 .y = Lo
Từ hai phương trình trên rút ra:

y = .+
Với R = : chỉ số hồi lưu của tháp
Lo, D0 : lượng lỏng và hơi hồi lưu đoạn cất kmol/h
11

Sơ đồ đoạn cất của tháp
chưng


 Phương trình đường nồng độ của đoạn chưng
Cân bằng vật liệu đoạn
chưng: 
=. = . -.
Từ hai phương trình trên
ta có:
y = (*)

“

Mặt khác:
= +
Thay vào phương trình
(*) có:
y-

Với , , kmol/h
12

Sơ đồ đoạn chưng của tháp
chưng


Thay:
,
với là lượng hỗn hợp nhập liệu so với sản phẩm
đỉnh, ta được:

“

Phương trình đường nồng độ làm việc của đoạn chưng:

13

y = . .W


XÁC ĐỊNH CHỈ SỐ HỒI LƯU

Chỉ số hồi lưu tối thiểu
Rmin =

trong đó là nồng độ phần mol của cấu tử dễ bay hơi trong pha hơi của dòng nhập liệu.
Được xác định bằng đồ thị cân bằng lỏng – hơi (x – y)

14


XÁC ĐỊNH SỐ MÂM LÝ THUYẾT
- Xác định chỉ số hồi lưu
- Vẽ đường cân bằng pha lỏng – hơi
- Xác định điểm dựa vào nồng độ nhập liệu
xF

được

điểm

F

(xF,

).

- Xây dựng phương trình đường nồng độ
làm việc phần cất FA và phần chưng FC
- Vẽ số bậc thang thay đổi nồng độ trong
khoảng nồng độ xW và xP
- Số bậc thang là số mâm lý thuyết

15


HIỆU SUẤT Q TRÌNH CHƯNG CẤT
- Áp dụng cơng thức Fenske-Underwood để tìm số
đĩa lý thuyết nhỏ nhất:

=

- Biết số đĩa thực tế sẽ tính được hiệu suất  của tháp ở
chế độ hồi lưu hoàn toàn.



Với là số đĩa lý thuyết;
16

là số đĩa thực tế


CÂN BẰNG NHIỆT
LƯỢNG
CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG THIẾT BỊ ĐUN NÓNG

III

CÂN BẰNG NHIỆT CỦA THÁP
CÂN BẰNG NHIỆT THIẾT BỊ NGƯNG TỤ
CÂN BẰNG NHIỆT THIẾT BỊ LÀM LẠNH

CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG THIẾT BỊ ĐUN NÓNG

D1 =

, kg/s

D1 - lượng hới đốt, kg/s;
F - lượng hỗn hợp đầu, kg/s;
- nhiệt dung riêng của hỗn hợp, J/kg.độ;
- nhiệt độ của hỗn hợp, 0C ;
- nhiệt dung riêng của hỗn hợp đầu, J/kg.độ;
- nhiệt độ đầu của hỗn hợp, 0C ;
- ẩn nhiệt hóa hơi của hơi đốt,
J/kg;

18


CÂN BẰNG NHIỆT CỦA THÁP
, kg/s
Qn - nhiệt do hơi mang ra, W;
Qw – nhiệt do sản phẩm đáy mang ra, W;
Qm - nhiệt mất ra môi trường, lấy bằng 5% QD2 , W;
- nhiệt hh mang ra thiết bị & đi vào tháp, W;
Qx – nhiệt lượng do môi trường bên ngoài mang vào, W;

19

CÂN BẰNG NHIỆT THIẾT BỊ NGƯNG TỤ
Nếu chỉ ngưng tụ hồi
lưu:
, kg/s

Nếu ngưng tụ hoàn
toàn
, kg/s.

C1 – nhiệt dung riêng của nước ở nhiệt độ trung bình; ), J/kg.độ;
r - ẩn nhiệt hoa hơi, J/kg;
t1 , t2 – nhiệt độ vào và ra của nước, 0C
20


CÂN BẰNG NHIỆT THIẾT BỊ LÀM LẠNH
Trường hợp ngưng tụ hồi lưu:

Trường hợp ngưng tụ và làm lạnh hoàn
toàn:
- nhiệt độ đầu vào và đầu ra của sản phẩm đỉnh, 0C;
Cp – nhiệt dung riêng của sp đỉnh ở nhiệt độ trung bình; J/kg.độ;
G3 ,G4 - lượng nước lạnh tiêu tốn cho hai trường hợp,
21
kg/s.


CÁC THIẾT BỊ CHƯNG CẤT

IV

THIẾT BỊ CHƯNG CẤT ĐƠN GIẢN
THIẾT BỊ CHƯNG CẤT LIÊN TỤC


THIẾT BỊ CHƯNG CẤT ĐƠN
GIẢN
Gồm các bộ phận chính:
+ Thiết bị đun nóng
+ Bình cất
+ Thiết bị ngưng tụ
- Ứng dụng để chưng cất các sản Sơ đồ chưng cất đơn giản
phẩm khơng địi hỏi sự tinh khiết
23

cao.


Thiết bị chưng cất rượu bằng điện
24

Cấu tạo máy chưng cất rượu bằng điện


Chưng cất tinh dầu

Nấu rượu truyền thống
25

Chưng tách hỗn hợp muối – nước